Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья про электронику. Для использования в других целях, см Макетная плата (значения) .
Электрический эквивалент
Макет печатной платы (PCB) на 400 точек с расстоянием между отверстиями 0,1 дюйма (2,54 мм) электрически эквивалентен беспаечной макетной плате, показанной выше.

Макетный является строительной базой для прототипирования в электронике . Первоначально это слово обозначало буквальную макетную доску, полированный кусок дерева, используемый для нарезки хлеба. [1] В 1970 - е годы разьемное макетирования ( ака коммутационная панель , терминал доска массив) стал доступен и в настоящее время термин «макетная» обычно используется для обозначения их.

Поскольку макетная плата без пайки не требует пайки , она многоразовая. Это упрощает использование для создания временных прототипов и экспериментов с схемотехникой. По этой причине беспаечные макеты также популярны среди студентов и в технологическом образовании. У более старых типов макетов этого свойства не было. Stripboard ( Veroboard ) и аналогичные макетные платы печатного , которые используются для создания полупостоянных паяных прототипов или один-офф, не могут быть легко использованы повторно. С помощью макетов можно создавать прототипы различных электронных систем, от небольших аналоговых и цифровых схем до законченных центральных процессоров (ЦП).

По сравнению с более постоянными методами подключения схемы современные макеты имеют высокую паразитную емкость, относительно высокое сопротивление и менее надежные соединения, которые подвержены толчкам и физической деградации. Сигнал ограничен примерно 10 МГц, и не все работает должным образом даже ниже этой частоты.

Обычное использование в эпоху систем на кристалле (SoC) - получение микроконтроллера (MCU) на предварительно собранной печатной плате (PCB), которая предоставляет массив контактов ввода / вывода (IO) в заголовке, подходящем для подключения в макете, а затем к прототипу схему , которая эксплуатирует одну или несколько периферийных устройств в MCU, таких как входной общего назначения / вывода (GPIO), UART / USART последовательных приемопередатчиков, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро аналого-аналоговый преобразователь (DAC), широтно-импульсная модуляция (PWM; используется в управлении двигателем ), последовательный периферийный интерфейс(SPI) или I²C .

Затем для MCU разрабатывается микропрограммное обеспечение для тестирования, отладки и взаимодействия с прототипом схемы. Тогда высокочастотная работа в значительной степени ограничивается печатной платой SoC. В случае высокоскоростных межсоединений, таких как SPI и I²C, они могут быть отлажены на более низкой скорости, а затем перемонтированы с использованием другой методологии сборки схемы для использования работы на полной скорости. Одна небольшая SoC часто обеспечивает большинство этих вариантов электрического интерфейса в форм-факторе, едва превышающем большую почтовую марку, доступную на американском рынке хобби (и в других местах) за несколько долларов, что позволяет создавать довольно сложные макетные проекты при умеренных затратах. .

Эволюция [ править ]

Учебные схемы на деревянных брусках
Радиоприемник TRF 1920-х годов производства компании Signal был построен на деревянном макете.
Пример использования «макета» в электронике. Журнал QST, август 1922 г.

На заре развития радио любители прибивали голые медные провода или клеммные колодки к деревянной плате (часто буквально к плате, на которой можно нарезать хлеб) и припаивали к ним электронные компоненты. [2] Иногда бумажная принципиальная схема сначала приклеивалась к плате в качестве руководства для размещения клемм, затем компоненты и провода устанавливались поверх их символов на схеме. Также было распространено использование кнопок или гвоздей в качестве монтажных столбов.

Макетные платы со временем развивались, и теперь этот термин используется для обозначения всех видов прототипов электронных устройств. Например, патент США 3145483, [3] был подан в 1961 году и описывает макет из деревянных пластин с установленными пружинами и другими приспособлениями. В патенте США 3496419, [4] был подан в 1967 году и относится к конкретному печатным платам макета в качестве печатной схемы , Макета . Оба примера относятся к другим типам макетов и описывают их как к предшествующему уровню техники .

Макетная плата, наиболее часто используемая сегодня, обычно сделана из белого пластика и представляет собой съемную (беспаечную) макетную плату. Он был разработан Рональдом Дж. Португалия в 1971 году [5]

Альтернативы [ править ]

Объединительная плата с проволочной обмоткой

Альтернативные методы создания прототипов - это двухточечная конструкция (напоминающая оригинальные деревянные макеты), проволочная обмотка , монтажный карандаш и платы, такие как картон. Сложные системы, такие как современные компьютеры, состоящие из миллионов транзисторов , диодов и резисторов , не поддаются созданию прототипов с использованием макетов, поскольку их сложные конструкции могут быть трудными для компоновки и отладки на макетной плате.

Современные схемы обычно разрабатываются с использованием системы захвата и моделирования схем и тестируются в программном моделировании до того, как первые прототипы схем будут построены на печатной плате . Проектирование интегральных схем является более экстремальной версией того же процесса: поскольку производство прототипа кремния является дорогостоящим, перед изготовлением первых прототипов выполняется обширное программное моделирование. Тем не менее, методы прототипирования все еще используются для некоторых приложений, таких как радиочастотные схемы, или там, где программные модели компонентов неточны или неполны.

Также можно использовать квадратную сетку пар отверстий, где одно отверстие на пару соединяется со своим рядом, а другое - со своим столбцом. Та же самая форма может быть в круге с рядами и столбцами, каждая спираль которых вращается по часовой стрелке / против часовой стрелки.

Беспаечный макет [ править ]

Типовые характеристики [ править ]

Современная макетная розетка без пайки (изобретенная Рональдом Дж. Португалия для E&L Instruments, Derby CT) [6] состоит из перфорированного блока из пластика с многочисленными пружинными зажимами из луженой фосфорной бронзы или никель-серебряного сплава под перфорацией. Зажимы часто называют связующими точками или точками контакта . Количество связующих точек часто указывается в спецификации макета.

Расстояние между зажимами (шаг выводов) обычно составляет 0,1 дюйма (2,54 мм). Интегральные схемы (ИС) в двухрядных корпусах (DIP) могут быть вставлены так, чтобы охватить центральную линию блока. Соединительные провода и выводы дискретных компонентов (например, конденсаторов , резисторов и катушек индуктивности ) можно вставить в оставшиеся свободные отверстия, чтобы замкнуть цепь. Если микросхемы не используются, дискретные компоненты и соединительные провода могут использовать любое из отверстий. Обычно пружинные зажимы рассчитаны на 1 ампер при 5 вольт и 0,333 ампера при 15 вольт (5 Вт ). Край доски имеет мужской и женский ласточкин хвост выемки, чтобы доски можно было соединить вместе, чтобы сформировать большую макетную плату.

Автобусы и клеммные колодки [ править ]

Макетные платы без пайки соединяют контакт с контактом с помощью металлических полос внутри макета. Компоновка типичной беспаечной макетной платы состоит из двух типов участков, называемых полосами. Полосы состоят из соединенных между собой электрических клемм.

Макетная плата, состоящая только из клеммных колодок, но без шинных колодок
Клеммные колодки
Основные области для размещения большинства электронных компонентов.
В середине клеммной колодки на макетной плате обычно можно найти выемку, идущую параллельно длинной стороне. Насечка предназначена для обозначения центральной линии клеммной колодки и обеспечивает ограниченный поток воздуха (охлаждение) для DIP-микросхем, охватывающих центральную линию [ необходима ссылка ]. Зажимы справа и слева от выемки соединены радиально; обычно пять зажимов (то есть под пятью отверстиями) в ряд на каждой стороне выемки электрически соединены. Пять столбцов слева от выемки часто обозначаются буквами A, B, C, D и E, а столбцы справа - буквами F, G, H, I и J. Интегральная схема корпуса линейных выводов (DIP) (например, типичный DIP-14 или DIP-16, у которых расстояние между рядами выводов составляет 0,3 дюйма (7,6 мм)) вставлена ​​в макетную плату, выводы одной стороны чип должен войти в столбец E, в то время как штыри другой стороны войдут в столбец F на другой стороне выемки. Строки обозначаются номерами от 1 до количества, указанного в макете. Большинство макетов рассчитаны на 17, 30 или 64 ряда в мини, половину,и полные комплектации соответственно.
Макетная плата без пайки с двумя полосами шин с обеих сторон
Автобусные полосы
Для подачи питания на электронные компоненты.
Шина обычно состоит из двух столбцов: один для заземления и один для напряжения питания. Однако на некоторых макетных платах имеется только одноколонная шина распределения питания с каждой длинной стороны. Обычно строка, предназначенная для напряжения питания, отмечена красным, а строка для заземления - синим или черным. Некоторые производители соединяют все клеммы в столбик. Другие просто соединяют группы, например, из 25 последовательных терминалов в столбец. Последняя конструкция предоставляет разработчику схем некоторый больший контроль над перекрестными помехами (индуктивно связанным шумом) на шине источника питания. Часто группы на автобусной полосе обозначаются пробелами в цветной маркировке.
Автобусные полосы обычно проходят по одной или обеим сторонам клеммной колодки или между клеммными колодками. На больших макетных платах дополнительные шины часто можно найти наверху и внизу клеммных колодок.
Обратите внимание, что есть два разных общих способа выравнивания шин питания. На небольших платах, насчитывающих около 30 рядов, отверстия для шины питания часто совмещаются между сигнальными отверстиями. На более крупных платах, примерно 63 ряда, отверстия для планок шины питания часто совпадают с сигнальными отверстиями. Это делает некоторые аксессуары, предназначенные для одного типа плат, несовместимыми с другим. Например, некоторые адаптеры Raspberry Pi GPIO для макетных плат используют выровненные со смещением выводы питания, что делает их не подходящими для макетов с выровненными рядами шин питания. Официальных стандартов нет, поэтому пользователям необходимо уделять особое внимание совместимости конкретной модели макета и конкретного аксессуара. Продавцы аксессуаров и макетов не всегда четко указывают, какое выравнивание они используют.Просмотр крупным планом фотографии расположения штифта / отверстия может помочь определить совместимость.
Внутри планки без пайки

Некоторые производители предоставляют отдельные шины и клеммные колодки. Другие просто предоставляют макетные блоки, которые содержат оба в одном блоке. Часто полосы или блоки макета одной марки можно соединить вместе, чтобы получить макет большего размера.

В более прочном варианте одна или несколько планок для макета устанавливаются на листе металла. Как правило, на этом листе-подложке также находится несколько столбиков для переплета . Эти стойки обеспечивают удобный способ подключения внешнего источника питания. С этим типом макетной платы может быть немного проще работать. На нескольких изображениях в этой статье показаны такие беспаечные макеты.

Диаграмма [ править ]

Полноразмерная клеммная колодка обычно состоит из примерно 56-65 рядов разъемов, каждый ряд содержит два вышеупомянутых набора соединенных зажимов (от A до E и от F до J). Вместе с шинными полосками с каждой стороны это составляет типичную беспаечную макетную плату от 784 до 910 точек соединения. Полоски малого размера обычно состоят из 30 рядов. Можно найти миниатюрные беспаечные макеты размером всего 17 рядов (без шинных шин, 170 точек привязки), но они подходят только для небольших и простых конструкций.

Соединительные провода [ править ]

Многожильные соединительные провода 22AWG с твердыми наконечниками

Быстрый переход провод (также называемые перемычками) для пайки макетирования может быть получен в виде готовых к употреблению наборов скачка проволоки или может быть изготовлен вручную. Последнее может стать утомительной работой для более крупных схем. Готовые к использованию провода бывают разного качества, некоторые даже с крошечными заглушками, прикрепленными к концам проводов. Материал перемычки для готовых или самодельных проводов обычно должен быть сплошным медным луженым проводом 22  AWG (0,33 мм 2 ) - при условии, что к концам проводов не нужно прикреплять крошечные заглушки. Концы проводов должны быть зачищены 3 / 16 до 5 / 16 дюймов (от 4,8 до 7,9 мм). Более короткие зачищенные провода могут привести к плохому контакту с пружинными зажимами платы (изоляция будет зажата пружинами). Более длинные зачищенные провода увеличивают вероятность короткого замыкания на плате. Плоскогубцы и пинцет полезны при вставке или удалении проводов, особенно на переполненных досках.

Для единообразия часто соблюдаются разные цвета проводов и цветовое кодирование . Однако количество доступных цветов обычно намного меньше, чем количество типов сигналов или путей. Как правило, несколько цветов проводов зарезервированы для напряжения питания и земли (например, красный, синий, черный), некоторые - для основных сигналов, а остальные просто используются там, где это удобно. В некоторых готовых к использованию наборах соединительных проводов используется цвет для обозначения длины проводов, но эти наборы не позволяют использовать осмысленную схему цветового кодирования.

Усовершенствованные беспаечные макеты [ править ]

Некоторые производители предоставляют высококачественные версии беспаечных макетов. Обычно это высококачественные макетные модули, закрепленные на плоском корпусе. Корпус содержит дополнительное оборудование для макетирования, такое как источник питания , один или несколько генераторов сигналов , последовательные интерфейсы , светодиодный дисплей или ЖК-модули, а также логические датчики . [7]

Макетные модули без пайки также могут быть установлены на таких устройствах, как оценочные платы микроконтроллеров . Они предоставляют простой способ добавить дополнительные периферийные схемы к оценочной плате.

Высокие частоты и мертвые ошибки [ править ]

Для высокочастотной разработки металлическая макетная плата представляет собой желаемую поддающуюся пайке заземляющую пластину, часто являющуюся неотравленной частью печатной платы; интегральные схемы иногда приклеивают вверх ногами к макетной плате и припаивают к ней напрямую, метод, который иногда называют конструкцией « мертвого жука » из-за его внешнего вида. Примеры мертвой ошибки с конструкцией заземляющего слоя проиллюстрированы в примечании по применению Linear Technologies. [8]

Ограничения [ править ]

Сложная схема, построенная на микропроцессоре
Прототип микрофонного предусилителя с SMD-компонентами, припаянными к платам адаптера SIP или DIL .

Из-за относительно большой паразитной емкости по сравнению с правильно размещенной печатной платой (примерно 2 пФ между соседними контактными столбцами [9] ), высокой индуктивности некоторых соединений и относительно высокого и не очень воспроизводимого контактного сопротивления , беспаечные макеты ограничены работой при относительно низкие частоты, обычно менее 10  МГц , в зависимости от типа схемы. Относительно высокое контактное сопротивление уже может быть проблемой для некоторых цепей постоянного тока и очень низкочастотных цепей. Беспаечные макеты дополнительно ограничены номинальными значениями напряжения и тока.

Макетные платы без пайки обычно не подходят для устройств поверхностного монтажа (SMD) или компонентов с шагом сетки, отличным от 0,1 дюйма (2,54 мм). Кроме того, они не могут вместить компоненты с несколькими рядами разъемов, если эти разъемы не соответствуют двухрядному расположению - невозможно обеспечить правильное электрическое соединение. Иногда для установки компонента на плату можно использовать небольшие адаптеры для печатных плат, называемые «переходными переходниками». Такие адаптеры содержат один или несколько компонентов и имеют разнесенные на 0,1 дюйма (2,54 мм) штыри разъема в одном линейном корпусе.или двойная линейная компоновка для вставки в макетную плату без пайки. Компоненты большего размера обычно подключаются к разъему адаптера, тогда как компоненты меньшего размера (например, резисторы SMD) обычно припаиваются непосредственно к адаптеру. Затем адаптер подключается к макетной плате через разъемы 0,1 дюйма (2,54 мм). Однако необходимость пайки компонентов на адаптер сводит на нет некоторые преимущества использования беспаечной макетной платы.

Очень сложные схемы могут стать неуправляемыми на макетной плате без пайки из-за большого количества необходимых проводов. Само удобство простого подключения и отключения соединений также делает слишком легким случайное нарушение соединения, и система становится ненадежной. Можно создавать прототипы систем с тысячами точек подключения, но при тщательной сборке необходимо проявлять большую осторожность, и такая система становится ненадежной, поскольку сопротивление контакта со временем увеличивается. В какой-то момент очень сложные системы должны быть реализованы с использованием более надежной технологии межсетевого взаимодействия, чтобы иметь возможность работать в течение приемлемого периода времени.

Дальнейшее чтение [ править ]

Патенты
  • Патент США 231708, [10], поданный в 1880 г., « Электрический распределительный щит ».
  • Патент США 2477653, [11], поданный в 1943 г., « Устройство для первичной электрической тренировочной платы ».
  • Патент США 2568535, [12], поданный в 1945 г., « Доска для демонстрации электрических схем ».
  • Патент США 2885602, [13], поданный в 1955 г., « Изготовление модульных схем ».
  • Патент США 3062991, [14], поданный в 1958 г., « Система быстрого присоединения и отсоединения цепей ».
  • Патент США 2983892, [15], поданный в 1958 г., « Монтажный узел для электрических цепей ».
  • Патент США 3085177, [16], поданный в 1960 г., « Устройство для облегчения конструирования электрических устройств ».
  • Патент США 3078596, [17], поданный в 1960 г., « Монтажная плата ».
  • Патент США 3145483, [3], поданный в 1961 г., « Испытательная плата для электронных схем ».
  • Патент США 3277589, [18], поданный в 1964 г., « Комплект для электрических экспериментов ».
  • Патент США 3447249, [19], поданный в 1966 г., « Электронный строительный комплект ». Raytheon Lectron .
  • Патент США 3496419, [4], поданный в 1967 г., « Макетная плата с печатной схемой ».
  • Патент США 3540135, [20], поданный в 1968 г., « Учебные пособия ».
  • Патент США 3733574 [21], поданный в 1971 г., « Миниатюрные тандемные пружинные зажимы ».
  • Патент США D228136, [5], поданный в 1971 г., « Макетная плата для электронных компонентов и т.п. ». Современный макет.

См. Также [ править ]

  • Духовой шкаф
  • DIN-рейка , модульная система для сборки и подключения сложных электрических конструкций
  • Пружина растяжения
  • Зажим Fahnestock
  • Итерационный дизайн
  • Оптическая макетная плата , аналогичная установка для создания прототипов для оптических сборочных работ
  • Перфорированная плита
  • Стрипборд

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Лайл Рассел Уильямс; см . Справочник по созданию нового радиоприемника Lulu.com, 2006 ISBN  1847285260 стр. 83
  2. ↑ Описание термина макетная плата. Архивировано 27 сентября 2007 г. на Wayback Machine.
  3. ^ a b Патент США 3145483. Архивировано 23 января 2018 г. на Wayback Machine : «Тестовая плата для электронных схем», подана 4 мая 1961 г., получена 14 июля 2017 г.
  4. ^ a b Патент США 3496419. Архивировано 23 января 2018 г. на Wayback Machine : « Макетная плата с печатной схемой», подано 25 апреля 1967 г., получено 14 июля 2017 г.
  5. ^ a b Патент США D228136. : «Макетная плата для электронных компонентов и т.п.», подана 1 декабря 1971 г., получена 14 июля 2017 г.
  6. ^ https://patents.google.com/patent/USD228136S/en
  7. ^ Powered макетирование Архивировано 9 октября 2011 г. на Wayback Machine.
  8. ^ Линейная технология (август 1991). «Замечание по применению 47: Методы высокоскоростного усилителя» (pdf) . Проверено 14 февраля 2016 . Макеты мертвых жуков с заземляющим слоем и другие методы прототипирования, показанные на рисунках с F1 по F24, со стр. АН47-98. Информация о макетной плате приведена на стр. AN47-26 - AN47-29.
  9. ^ Джонс, Дэвид. "EEVblog # 568 - Емкость беспаечного макета" . EEVblog. Архивировано 21 января 2014 года . Проверено 15 января 2014 года .
  10. ^ Патент США 2477653. «Электрощит переключатель», поданной 31 августа 1880, получен 4 августа 2019.
  11. ^ Патент США 2477653. архивации 2018-01-23 в Wayback Machine : «Первичная электрическая учебного испытания бортовой аппаратуры», поданной 10 апреля 1943, получен 14 июля 2017.
  12. ^ Патент США 2568535. архивации 2018-01-23 в Wayback Machine : «Совет для демонстрации электрических цепей», поданной 10 апреля 1945, получен 14 июля 2017.
  13. ^ Патент США 2885602. : "Изготовление модульной цепи", поданное 4 апреля 1955, получено 14 июля 2017.
  14. ^ Патент США 3062991. архивации 2018-01-23 в Wayback Machine : «Быстрое подсоединение или отсоединение системы цепи», поданную 8 сентября 1958, получено 14 июля 2017.
  15. ^ Патент США 2983892. архивации 2018-01-23 в Wayback Machine : «Монтаж сборка электрических цепей», поданной 14 ноября 1958, получены 14 июля 2017.
  16. ^ Патент США 3085177. архивации 2018-01-23 в Wayback Machine : «Устройство для облегчения строительства электроаппаратуры», поданной 7 Июл 1960, получен 14 января 2017.
  17. ^ Патент США 3078596. архивации 2018-01-23 в Wayback Machine : "Печатная монтажная плата", поданной 21 ноя 1960, получен 14 января 2017.
  18. ^ Патент США 3277589. архивации 2018-01-23 в Wayback Machine : "Электрический комплект эксперимента", поданной 5 ноября 1964, получен 14 июля 2017.
  19. ^ Патент США 3447249. : "Электронное здание комплект", поданный 5 мая 1966, получен 14 января 2017.
  20. ^ Патент США 3540135. : "Образовательные учебные пособия", поданной 11 октября 1968, получен 14 июля 2017.
  21. ^ Патент США 3733574. : «Миниатюрный тандем клипсы», поданные 23 июн 1971, получены 14 января 2017.

Внешние ссылки [ править ]

  • Прототип большой схемы параллельной обработки на 50 подключенных макетных платах